ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 3-2

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 3-2
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЭЛЕКТРОДВИЖУЩЕЙ СИЛЫ МЕТОДОМ
КОМПЕНСАЦИИ
Цель работы: определение ЭДС методом компенсации
ОПИСАНИЕ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЙ УСТАНОВКИ
Сущность метода заключается в сравнении между собой двух электродвижущих сил (рис. 1)
R
+
E
i
i1
C
A
i2
G
B
Ex
Рис. 1. Принципиальная схема для
компенсационных измерений.
Е - батарея, Ех - исследуемая батарея, АВ - реохорд, С - подвижной контакт, G нуль гальванометр.
Ток, создаваемый элементом Е, в точке разветвляется на два тока i1 и i2.
Ток зависит от сопротивления участка АС, от величины направления ЭДС Ех.
Соответствующим побдором указанных величин можно сделать ток i2 равным
нулю.
Применяя первое уравнение Кирхгофа к узлу А, получим,
(1)
i = i1 + i 2
Составляя второе уравнение Кирхгофа для замкнутого контура АСЕх получим
(2)
Ex = - i2 RAGC + i1 RAC
(3)
i = i1
Ex = i1 RAC = i RAC
(4)
Следовательно, при отсутствии тока в цепи гальванометра электродвижущая сила Ех равняется разности потенциалов между точками А и С реохорда.
Такое уравнение ЭДС Ех с разностью потенциалов на реохорде называется компенсацией.
Если сдвинуть контакт С влево или вправо от положения при котором i2 ≠
0, гальванометр G появится ток определенного направления.
Для определения неизвестной ЭДС Ех передвижением контакта добивается
исчезновения тока через гальванометр.
На основании (4) имеем
ix = iN
E x = i RAC
Ex = i ρ
E N = RAC i = iN ρ
lN
S
lx
S
ix =
iN =
Ex S
ρ lx
(5)
EN S
ρ lN
где ρ - удельное сопротивление материала, lx - длина участка АС реохорда,
S - сечение реохорда.
Затем вместо Ех включается в той же полярности нормальный элемент ЕN
c ЭДС и схема “уравновешивается” снова.
Для этого случая
E N = i RAC = i ρ
lN
S
(6)
Решив уравнения (5) и (6) совместно, получают расчетную формулу
Ex = EN
R
lx
lN
(7)
-
A
K
+E
C
A
Rb
K1
B
Ex
G
EN
Рис. 2. М онтажная схема
АСВ - реохорд - металлическая струна колиброванного сечения с большим удельным сопротивлением; С - скользящий контакт; Е - аккумулятор, который в данной работе должен иметь ЭДС заведомо превышающую ЭДС нормального и испытуемого элемента; Ех - испытуемый элемент; R - реостат (подбираемый так,
чтобы его сопротивление мало отличалось от сопротивления реохорда); G - нульгальванометр; EN - нормальный элемент-эталон электродвижущей силы (элемент
Вестона).
Элемент Вестона состоит из стеклянного Н-образного сосуда, в нижние
концы которого впаяны электроды. В одно из колен сосуда налита ртуть, в другое
- амальгама кадмия. Электролитом служит насыщенный раствор сернокислого
кадмия; чтобы раствор всегда оставался насыщенным, в него кладут несколько
кристаллов указанной соли. Положительным полюсом служит ртуть, отрицательным - амальгама кадмия.
ЭДС нормального элемента при температуре 200 С равна
EN = 1,0183 B.
Элемент Вестона поляризуется при сравнительно слабых токах и длительной работе. Поэтому его необходимо только на короткое время. С нормальным элементом надо обращаться осторожно, не перевертывать, не класть на бок. Нельзя касаться рукой обоих полюсов одновременно. Это вызывает замыкание элемента
так как ток в цепи не должен превышать 10-3 А.
Двухполюсной переключатель позволяет быстро включать в цепи либо
нормальный,
либо испытуемый элемент.
Кнопочный ключ служит для кратковременных включений гальванометра в
цепь.
амперметр в данной работе играет вспомогательную роль. Он позволяет
следить за силой тока.
МЕТОДИКА ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ
01. Проверить цепь, в которую входит источник питания; во вторую очередь проверить цепь, в которую входит испытуемый элемент Е2, нормальный элемент
EN и гальванометр (рис. 2).
02. Включить ключ, движение стрелки амперметра должно указывать на наличие
тока в цепи. Передвижением ползунка реостата R установить значение тока в
пределах 0,4 А. С помощью двухполюсного переключателя включить в цепь
испытуемую ЭДС Ех. Балластное сопротивление установить на максимум,
после чего, кратковременно нажимая на кнопку К1, наблюдать в какую сторону отклоняется стрелка нуль-гальванометра при положении передвижного
контакта С приблизительно на расстоянии 10 см от края реохорда.
03. Передвижной контакт отодвинуть к другому краю реохорда на расстояние не
ближе 10 см. Если при кратковременном нажатии на кнопку К1 стрелка отклоняется в другую сторону от нуля, то опыт можно продолжить дальше. Если
она отклоняется в ту же сторону, то надо силу тока в цепи амперметра изменить и повторить пробу, пока не будет достигнуто отклонение стрелки в обе
стороны от нуля шкалы.
04. Путем ряда включений кнопки К1 и передвижения контакта С привести
стрелку гальванометра к нулю и записать расстояние lx на реохорде.
05. Для определения точности измерения lx нужно найти отрезок возле точки lx0,
на концах которого стрелка гальванометра отклоняется на ± 1 деление от нуля (в пределах погрешности измерения гнальванометра). Таким образом, lx =
lx0 ± Δlx, где Δlx - определяется делением длины найденного отрезка на два.
06. Включить секцию балластного сопротивления Rb с наибольшим сопротивлением и проделать те же изменения из пункта 5.
07. Выключить следующую секцию реостата Rb и проделать те же измерения
пункта 5.
08. Повторить все действия, включая вместо Ех нормальный элемент Вестона ЕN.
09. Определить неизвестную ЭДС по формуле 7.
10. Результаты опытов занести в таблицу.
i
Rb
lx = lx0 ± Δlx
ln = ln0 ± Δln
01
02
03
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
01. В чем заключается сущность метода компенсации ?
02. Вывести расчетную формулу для определения ЭДС.
03. Каково название балластного сопротивления ?
Ex ± Ex